Δημιουργήθηκε το ταχύτερο ηλεκτρονικό σήμα για καλύτερες επιδόσεις σε τεχνολογίες ηλεκτρονικών και πληροφορικής

Τη δημιουργία του ταχύτερου ηλεκτρονικού σήματος που επιτεύχθηκε ποτέ στην επιστήμη των ηλεκτρονικών, πέτυχαν επιστήμονες στη Γερμανία με επικεφαλής έναν Έλληνα ερευνητή της διασποράς.

Ο ηλεκτρονιακός παλμός διήρκεσε μόλις 53 αττοδευτερόλεπτα, δηλαδή 53 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Πρόκειται για νέο παγκόσμιο ρεκόρ ταχύτητας στον έλεγχο από τον άνθρωπο των ηλεκτρικών ρευμάτων στα στερεά υλικά, ανοίγοντας νέους δρόμους για καλύτερες επιδόσεις στις τεχνολογίες ηλεκτρονικών και πληροφορικής, καθώς επίσης για την παρακολούθηση φαινομένων του μικροκόσμου.

Το πόσο γρήγορα δουλεύει ένας υπολογιστής ή κάποια άλλη ηλεκτρονική συσκευή, εξαρτάται καθοριστικά από το πόσο γρήγορα κινούνται τα ηλεκτρόνια μέσα στα τρανζίστορ των μικροεπεξεργαστών. Η επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας είναι κομβική για την εξέλιξη των ηλεκτρονικών και την επέκταση των δυνατοτήτων τους.

Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ρόστοκ και το Ινστιτούτο Φυσικής Μαξ Πλανκ στη Στουτγκάρδη, με υπεύθυνο τον Ελευθέριο Γουλιελμάκη, καθηγητή Φυσικής και επικεφαλής της ομάδας Ακραίας Φωτονικής στο Ρόστοκ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature». Ο παλμός που πέτυχαν, είναι τόσο γρήγορος που ανοίγει τον δρόμο για ακόμη πιο ακριβή ηλεκτρονικά μικροσκόπια ικανά να τραβήξουν εικόνες των ηλεκτρονίων, καθώς «πηδούν» ανάμεσα στα άτομα, όπως επίσης και να επιταχύνει τη μετάδοση δεδομένων στα «τσιπάκια» των υπολογιστών.

Οι παλμοί των ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται σε μικροσκόπια ή υπολογιστές και όσο πιο βραχείς (γρήγοροι) είναι, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός μετάδοσης των πληροφοριών και υψηλότερη η ανάλυση των εικόνων. Ο Ε. Γουλιελμάκης εδώ και χρόνια εργάζεται πάνω ακριβώς σε αυτόν τον στόχο.

Το 2016 ο Έλληνας φυσικός της διασποράς είχε πάλι πετύχει μια διπλή πρωτιά σε παγκόσμιο επίπεδο: δημιούργησε τους πιο βραχείς παλμούς φωτός και με αυτούς μέτρησε σε πόσο χρόνο αντιδρούν στο φως τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται μέσα στα άτομα της ύλης. Το «φλας» του «αναβόσβηνε» κάθε 380 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Στη συνέχεια, ο Γουλιελμάκης δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού. Χρησιμοποιώντας υπερταχείς παλμούς λέιζερ, επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια του ρεύματος, ώστε να κάνουν οκτώ εκατομμύρια δισεκατομμυρίων ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο, πραγματοποιώντας έτσι ένα νέο ρεκόρ στη συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό των στερεών υλικών.

Τώρα, χρησιμοποιώντας μια παρόμοια τεχνική, πέτυχε ηλεκτρονιακό παλμό 53 αττοδευτερολέπτων που είναι ακόμη πιο σύντομος και από τους υψηλής ταχύτητας παλμούς του φωτός λέιζερ που στόχευσε τα ηλεκτρόνια για να τα απομακρύνει από μια μικροσκοπική μεταλλική ακίδα από βολφράμιο. Όπως ανέφερε, ο ηλεκτρονιακός παλμός-ρεκόρ διήρκεσε το ένα πέμπτο του χρόνου που θα χρειαζόταν ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου για να διαγράψει μια τροχιά πέριξ του πυρήνα του.

Μολονότι είναι γνωστό εδώ και καιρό ότι το φως μπορεί να «ελευθερώσει» τα ηλεκτρόνια από τα μέταλλα -ο Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος που εξήγησε το πώς- η όλη διαδικασία είναι τρομερά δύσκολη στον χειρισμό της. Το ηλεκτρικό πεδίο του φωτός αλλάζει την κατεύθυνσή του περίπου ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο, καθιστώντας έτσι πολύ δύσκολη την ελεγχόμενη από φως λέιζερ «εκτίναξη» των ηλεκτρονίων από την επιφάνεια των μετάλλων. Για να ξεπεράσουν το πρόβλημα, ο Γουλιελμάκης και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια τεχνική που είχαν οι ίδιοι αναπτύξει, ενώ παράλληλα ανέπτυξαν ένα νέο είδος κάμερας που μπορεί να «πιάσει» τα ηλεκτρόνια, καθώς αστραπιαία το λέιζερ τα «εκτοξεύει» από το μέταλλο προς το κενό.

Νέες προοπτικές και εφαρμογές για το μέλλον

Όπως ο κ.Γουλιελμάκης δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ, «ο ακριβής έλεγχος της κίνησης ηλεκτρονίων με την χρήση λέιζερ σε συνδυασμό με την νανοτεχνολογία, ίσως επιτρέψει στο κοντινό μέλλον την ανάπτυξη μιας νέας κατηγορίας ηλεκτρονικών συσκευών με ασύγκριτα υψηλότερες δυνατότητες από τις σημερινές. Τα προσεχή χρόνια σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε τους ηλεκτρονιακούς παλμούς αττοδευτερολέπτων σαν βιντεοκάμερες υψηλής ταχύτητας και ευκρίνειας για να καταγράψουμε και να κατανοήσουμε πολύπλοκα φαινόμενα στο εσωτερικό της ύλης. Πολλά από αυτά τα φαινόμενα είναι ασύλληπτα γρήγορα, μόνο μια τεχνολογία σαν αυτή που αναπτύξαμε, μπορεί δυνητικά να τα παρατηρήσει σε πραγματικό χρόνο».

«Η άμεση και αποτελεσματική χρήση νέων υλικών στην τεχνολογία της πληροφορίας, στην χημεία και στην προστασία του περιβάλλοντος εξαρτάται σημαντικά από την λεπτομερή κατανόηση των ιδιοτήτων των υλικών αυτών. Έχουμε την πεποίθηση ότι οι υπερταχείς παλμοί ηλεκτρονίων μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο στην αποκάλυψη πολλών μυστικών του μικρόκοσμου», πρόσθεσε ο Έλληνας επιστήμονας, ο οποίος είναι επίσης μέλος (εξωτερικού) του συμβουλίου διοίκησης του Πανεπιστήμιου των Ιωαννίνων.

Σύμφωνα με τον ίδιο, «ο ηλεκτρονιακός παλμός αττοδευτερολέπτων θα βοηθήσει προκειμένου η ανάλυση της εικόνας ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου να είναι αρκετά γρήγορη, ώστε να καταγράψει τα ηλεκτρόνια εν κινήσει. Αν δημιουργήσουμε ηλεκτρονικά μικροσκόπια που χρησιμοποιούν ηλεκτρονιακούς παλμούς αττοδευτερολέπτων, τότε θα έχουμε επαρκή ανάλυση όχι μόνο για να δούμε τα άτομα σε κίνηση, κάτι που είναι ασφαλώς συναρπαστικό, αλλά να δούμε ακόμη και τα ηλεκτρόνια να πηδάνε μεταξύ των ατόμων».

Ο κ. Γουλιελμάκης γεννήθηκε στο Ηράκλειο Κρήτης το 1975, αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2000 και πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου το 2005. Από το 2010 ήταν επικεφαλής της Ομάδας Αττοηλεκτρονικής του Εργαστηρίου Αττοφυσικής του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρτσινγκ της Γερμανίας, ενώ σήμερα είναι καθηγητής του Πανεπιστημίου του Ρόστοκ. Μεταξύ άλλων διακρίσεων, το 2007 τιμήθηκε με το βραβείο «Γ. Φωτεινού» της Ακαδημίας Αθηνών, το 2012 με το βραβείο «Γκούσταβ Χερτς» της Γερμανικής Φυσικής Εταιρείας και το 2015 με το βραβείο «Ρέντγκεν» του Πανεπιστημίου Γιούστους Λίμπιγκ του Γκίσεν.